Sekundārie metabolīti ir vissvarīgākie fizioloģiski aktīvākie savienojumi augu pasaulē. Viņu skaits, ko pētījusi zinātne, katru gadu pieaug. Šobrīd aptuveni 15% no visām augu sugām ir pētīta šo vielu klātbūtne. Tiem ir arī augsta bioloģiskā aktivitāte attiecībā uz dzīvnieku un cilvēku ķermeni, kas nosaka to farmaceitisko līdzekļu potenciālu.
Kas ir sekundārie metabolīti?
Visu dzīvo organismu atšķirīga iezīme ir tā, ka tiem ir vielmaiņa – vielmaiņa. Tas ir ķīmisku reakciju kopums, kas rada primāros un sekundāros metabolītus.
Atšķirība starp tām ir tāda, ka pirmie ir raksturīgi visiem radījumiem (olb altumvielu, aminokarbonskābju un nukleīnskābju, ogļhidrātu, purīnu, vitamīnu sintēzei), savukārt pēdējie ir raksturīgi noteikta veida organismiem un nepiedalās. augšanas un vairošanās procesā. Tomēr tie veic arī noteiktas funkcijas.
Dzīvnieku pasaulē sekundārie savienojumi tiek ražoti reti, biežāk tie nonākķermenis kopā ar augu pārtiku. Šīs vielas sintezējas galvenokārt augos, sēnēs, sūkļos un vienšūnu baktērijās.
Funkcijas un līdzekļi
Bioķīmijā izšķir šādas galvenās augu sekundāro metabolītu pazīmes:
- augsta bioloģiskā aktivitāte;
- maza molekulmasa (2–3 kDa);
- ražošana no neliela daudzuma izejvielu (5-6 aminoskābes 7 alkaloīdiem);
- sintēze ir raksturīga atsevišķām augu sugām;
- veidošanās dzīva organisma vēlākās attīstības stadijās.
Jebkura no šīm funkcijām nav obligāta. Tādējādi sekundārie fenola metabolīti tiek ražoti visās augu sugās, un dabiskajam kaučukam ir augsta molekulmasa. Sekundāro metabolītu veidošanās augos notiek tikai uz olb altumvielu, lipīdu un ogļhidrātu bāzes dažādu enzīmu ietekmē. Šādiem savienojumiem nav sava sintēzes veida.
Tiem ir arī šādas funkcijas:
- klātbūtne dažādās auga daļās;
- nevienmērīgs sadalījums audos;
- lokalizācija noteiktos šūnas nodalījumos, lai neitralizētu sekundāro metabolītu bioloģisko aktivitāti;
-
pamatstruktūras klātbūtne (visbiežāk tās lomā darbojas hidroksilgrupas, metilgrupas, metoksilgrupas), uz kuras pamata veidojas citi savienojumu varianti;
- dažāda veida struktūras izmaiņas;
- iespēja pārslēgties uz neaktīvu, "rezerves" formu;
- tiešas līdzdalības vielmaiņā trūkums.
Sekundāro vielmaiņu bieži uzskata par dzīva organisma spēju mijiedarboties ar saviem fermentiem un ģenētisko materiālu. Galvenais process, kura rezultātā veidojas sekundārie savienojumi, ir disimilācija (primārās sintēzes produktu sadalīšanās). Tas atbrīvo noteiktu enerģijas daudzumu, kas ir iesaistīts sekundāro savienojumu ražošanā.
Funkcijas
Sākotnēji šīs vielas tika uzskatītas par nevajadzīgiem dzīvo organismu atkritumiem. Tagad ir noskaidrots, ka tiem ir nozīme vielmaiņas procesos:
-
fenoli - dalība fotosintēzē, elpošanā, elektronu pārnesē, fitohormonu ražošanā, sakņu sistēmas attīstībā; apputeksnējošo kukaiņu pievilināšana, pretmikrobu iedarbība; atsevišķu auga daļu krāsošana;
- tanīni - rezistences attīstība pret sēnīšu slimībām;
- karotinoīdi - dalība fotosintēzē, aizsardzība pret fotooksidāciju;
- alkaloīdi - augšanas regulēšana;
- izoprenoīdi - aizsardzība pret kukaiņiem, baktērijām, dzīvniekiem;
- sterīni – šūnu membrānas caurlaidības regulēšana.
Sekundāro savienojumu galvenā funkcija augos ir ekoloģiska: aizsardzība pret kaitēkļiem, patogēniem mikroorganismiem,pielāgošanās ārējiem apstākļiem. Tā kā vides faktori dažādiem floras veidiem ievērojami atšķiras, šo savienojumu spektrs ir gandrīz neierobežots.
Klasifikācijas
Ir vairākas būtiski atšķirīgas sekundāro metabolītu klasifikācijas:
- Triviāli. Vielas tiek iedalītas grupās pēc to specifiskajām īpašībām (saponīni veido putas, rūgtajiem ir atbilstoša garša un tā tālāk).
-
Ķīmiskā. Pamatojoties uz savienojumu ķīmiskās struktūras īpašībām. Pašlaik tas ir visizplatītākais. Šīs klasifikācijas trūkums ir tāds, ka vienas grupas vielas var atšķirties pēc ražošanas metodes un īpašībām.
- Bioķīmiskā. Šāda veida sistematizācijas priekšgalā ir biosintēzes metode. Tā ir zinātniski visvairāk pamatotā, taču augu bioķīmijas zināšanu trūkuma dēļ šīs klasifikācijas izmantošana ir ierobežota.
- Funkcionāls. Tā pamatā ir noteiktas vielu funkcijas dzīvā organismā. Tajā pašā grupā var būt sekundāri metabolīti ar atšķirīgu ķīmisko struktūru.
Klasifikācijas sarežģītība slēpjas faktā, ka katra sekundāro metabolītu grupa ir cieši saistīta ar citām. Tādējādi rūgtvielas (terpēnu klase) ir glikozīdi, bet karotinoīdi (tetraterpēnu atvasinājumi) ir vitamīni.
Galvenās grupas
Šādu veidu vielas ir klasificētas kā augu šūnu sekundārie metabolīti:
- alkaloīdi (piridīns,imidazols, purīns, betalaīni, glikoalkaloīdi, protoalkaloīdi un citi);
- antracēna atvasinājumi (hrizacīna, antrona, alizarīna un citu savienojumu atvasinājumi);
- fitosteriodi (withanolides);
- glikozīdi (monozīdi, biosīdi un oligozīdi, cianogēnie glikozīdi un tioglikozīdi);
- izoprenoīdi (terpēni un to atvasinājumi - terpenoīdi un steroīdi);
- fenola savienojumi un citi.
Daudzām no šīm vielām ir unikālas īpašības. Tātad, kurare alkaloīdi ir spēcīgākā inde, un dažām glikozīdu grupām ir izteikta terapeitiskā iedarbība, un tos izmanto sirds mazspējas ārstēšanai lietojamu zāļu ražošanā.
Pieteikums
Sekundārie metabolīti aktīvi iedarbojas uz cilvēku un dzīvnieku orgāniem un sistēmām, tāpēc tos plaši izmanto farmakoloģijā un veterinārmedicīnā, izmanto kā garšas un aromāta pastiprinātājus pārtikas produktos. Dažas rūpnīcas, kas uzkrāj šīs vielas ievērojamā daudzumā, tiek izmantotas kā izejvielas tehnisko materiālu ražošanā.
Ārzemēs, valstīs ar attīstītu ķīmisko rūpniecību, aptuveni ceturtā daļa no visiem farmācijā izmantotajiem savienojumiem ir augu izcelsmes. Sekundāro metabolītu vērtīgā terapeitiskā iedarbība ir saistīta ar to īpašībām, piemēram:
- plašs darbību klāsts;
- minimālas blakusparādības pat ar ilgstošuuzņemšana;
- komplekss efekts uz organismu;
- augsta efektivitāte.
Tā kā šie savienojumi joprojām ir slikti izprotami, to turpmākā izpēte var novest pie fundamentāli jaunu farmaceitisko līdzekļu radīšanas.
